Trimble Business Center基线解算设置控制参数分析

（中铁十局集团第八工程有限公司，天津 300000）

Trimble系列接收机在测绘行业中有广泛的应用，其数据处理软件为Trimble Business Center，是一款功能强大性能稳定的测数据处理软件。

本文就TBC的GNSS数据处理的功能模块中的基线设置进行讨论，有效消除和减弱各种误差，以提升基线解算的性能。

1 Trimble R8-4 GNSS接收机和Trimble Business Center简介

Trimble R8-4 GNSS接收机是美国天宝公司生产的全星座GNSS接收机，Trimble R8-4集成了Trimble 360全星座卫星跟踪技术，支持来自所有现有和计划的星座以及增强系统的信号。

Trimble R8-4包括两个集成Maxwell™6芯片和440个GNSS通道，可跟踪各种卫星系统，包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗和QZSS。Trimble R8-4 GNSS是一款性能稳定的GNSS接收机。

Trimble Business Center：Trimble Business Center（下文简称TBC）是其配套的商用GNSS基线解算软件，可以完成GNSS静态数据的检查、处理、平差等工作，还可以完成GNSS基线和RTK数据超快速的处理。全面支持GNSS观测、全站仪、水准仪和空间测站仪关于光学设备的数据导入、平差及其他处理，快速准确地完成表面建模、各种通道模型设计和计算、点云数据处理、航空影像数据处理，用于创建和导出图形的要素代码处理以及各种数据处理的报告。近年来，TBC为了贴合中国市场，增加了GNSS控制网中国式网平差报告，可更好地完成相应的处理工作，改善测绘行业各方面的不足。

TBC随着空间定位技术的发展和多星座的建设，TBC基线解算的核心算法历经迭代，始终保持优良的解算性能。TBC是一款优秀的测绘行业处理软件。

2 GNSS静态测量数据处理流程

经外业采集回的GNSS静态观测原始数据，应经过数据传输、格式转换、基线解算、网平差等关键技术环节，确定地面控制点的空间位置。

GNSS静态数据处理流程如图1所示。

图1 GNSS数据处理流程

3 基线解算流程中基线解算设置控制参数分析

在GNSS数据处理的流程中，基线解算环节是GNSS数据处理流程中重要环节，基线解算质量是影响网平差质量的关键性因素。基线解算的过程包括：导入观测数据、检查和修改外业输入数据、设定基线解算的控制参数、基线解算、基线质量控制、得到最终的基线解算成果等关键环节。

结合Trimble R8-4 GNSS多星座静态测量数据、TBC5.2软件、规范、GPS误差来源分类等方面，针对TBC5.2基线解算控制参数进行分析。在TBC基线处理选项中，重要的设置项包括：天线模型、星历表模型、解类型、频率、处理时间间隔、GIS处理类型、卫星星座、卫星高度截止角。结合理论与规范对TBC基线解算控制参数进行设置，将有利于基线解算的过程中剔除粗差，提高基线解算质量，保证测量成果可靠性。基线解算流程如图2所示。

图2 基线解算流程

3.1 天线模型设置

天线模型设置选择“自动”，TBC根据GNSS接收机的观测数据，自动判定天线类型。当处理其他厂商GNSS接收机观测数据时，对其RINEX数据选择正确的天线类型。

3.2 星历表设置

星历表设置有“自动”“精密”“广播”三个选项，广播星历可以实时获取，每1 h更新1次，定位精度约为±5 m；精密星历无法实时提供，一般情况下1～14 d后得到，精度可达±5 cm。广播星历：约10 km的短基线测量精度达2×10-6，满足一般测量的精度需求，长基线应采用精密星历。《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）中规定：C级及以下各级GPS网基线解点、B级GPS网基线预处理可采用随接收机配备的商用软件；B级GPS网基线外业预处理和C级以下各级网基线处理时，可采用广播星历；A、B级网基线精处理应采用精密星历。应用于工程的GNSS静态测量控制网基本上均在C级网以下，所以此处建议设置为“广播”。

3.3 卫星星座和卫星高度截止角设置

从卫星星座和卫星高度截止角设置页面，可以看到TBC5.2支持GPS、GLONASS、GALILEO、COMPASS（北斗）、QZSS五个星座的跟踪观测数据解算。

点击星座名称可以看到能提供定位导航服务的该星座卫星，《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）中规定的“同时观测卫星有效数”“有效观测卫星总数”是针对GPS星座而言。目前大多数GNSS接收机均具有接受全星座卫星信号的能力，其配套的GNSS数据处理软件有多星座数据解算的能力，但没有针对多星座数据中其他星座卫星有效数和有效观测卫星总数的要求。在外业观测条件好的情况下，GPS星座解算的基线、GPS与其他星座组合解算的基线质量没有较大区别。但在山区或者观测条件不好的区域，GPS与其他星座组合解算的基线质量明显优于GPS单星座解算的基线质量。

高度截止角的设置，GNSS观测环境要求：视野开阔，视场内障碍物高度截止角不宜超过（B级10°，C级D级15°），附近不应有大型建筑物、大面积水域等强烈反射卫星信号的物体，50 m内固定或者变化的反射体应标注在点记环视图上（点位高度10°的建筑物需要标记）。设置高度截止角主要是为了减弱对流层延迟误差的影响，以减弱多路径效应的影响，GNSS数据解算中提高卫星高度截止角对提高解算质量有明显的效果。

3.4 GIS处理类型设置

在GIS处理类型中有三个选项“仅载波处理”“仅代码处理”“自动载波和代码处理（建议）”中涉及两个概念，载波观测值和代码观测值，本质上是两种GNSS定位方法的观测值，即静态绝对定位和静态相对定位。静态绝对定位法用到的是伪距观测值，静态相对定位使用载波相位观测值。代码观测值即测距码观测值，应用在静态绝对定位中。

静态绝对定位通过测定测站到卫星之间的距离(伪距)实现，可以对4颗以上的卫星进行观测。由于存在受到卫星轨道和信号传播误差、利用C/A测距码精度大致10 m等因素的影响，造成其观测结果精度较低。通常只运用在导航方面，利用C/A测距码精度大致10 m，事后处理从IGS站下载精密星历可达厘米精度（单点PPP精密单点定位）。

静态相对定位是2台以上接收机同步观测4颗以上卫星，确定2接收机之间的基线（相对位置）。测定卫星到接收机之间的载波相位差，采用不同的载波相位观测量的线性组合可以有效削弱各误差，精度约10-8～10-6。为了获得整周模糊度，一般需观测较长时间（1～3 h）。静态相对定位有基于同步环和连续运行参考站的观测两种模式，基于连续运行参考站的观测一般构成的基线边较长，应采用专用的GAMIT等高精度软件处理成果。

GNSS静态测量实际是GNSS静态相对定位的简称，所用的观测值是载波相位观测值“自动载波和代码处理（建议）”不具有建议性，所以GIS处理类型，应设置为“仅载波处理”。

3.5 电离层延迟模型和对流层延迟模型设置的缺陷

TBC软件基线解算控制参数设置中，没有电离层延迟模型、对流层延迟模型的设置。电离层参数用于改正观测值的电离层影响，对流层参数用于改正观测值的对流层延迟影响。

电离层延迟误差是与信号传播路径有关的误差，大气分子由于受到太阳等天体各种射线辐射的影响产生电离，形成大量的自由电子和正离子称电离层。当信号通过电离层时，信号传播的方向和速度会发生变化，产生偏差，称为电离层延迟误差。卫星信号的电离层延迟误差与信号频率的平方成反比，与传播路径上的电子总数成正比。实践表明，电离层延迟误差在天顶方向一般为5～15 m，最大可达50 m；当卫星高度角角较低时，可达150 m。电离层延迟误差的改正一般采用双频观测改正法、模型改正法和同步观测组差法。

对流层是指地面到高度约50 km的大气层。与电离层延迟误差相同，当卫星信号通过对流层时，信号传播方向和速度均发生变化，会产生偏差，称为对流层延迟误差。对流层对码相位和载波相位的延迟量约为2～25 m。对流层延迟量的大小与接收机至卫星的高度角有关，当卫星位于测站天顶方向时，延迟量最小，接近地平线时为最大。与电离层影响不同的是，流层对不同频率的信号影响相同，所以不能通过双频观测的方法削弱。削弱对流层影响通常采用模型法、待估参数法和同步观测组差法等。

瑞士莱卡的LGO、南方测绘SOUTH、华测CGO、中海达HGO均有电离层延迟模型设置或对流层延迟模型设置，而天宝TBC没有这两项设置便不能较好削弱其影响。《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）中虽然没有明确指出应加入电离层改正，但明确指出B、C、D、E级GPS观测值均应加入对流层延迟改正，对流层延迟修正模型改正中的气象元素可采用标准气象元素。五款CNSS静态处理软件改正模型如表1所示。

表1 五款GNSS静态处理软件改正模型

3.6 解类型设置

解类型设置有“固定”和“浮动”两个选项，单差、双差、三差观测值是被广泛应用的线性组合观测值，考虑到GPS定位时的误差源，实际上广泛采用的求差法有三种：接收机之间求一次差、在接收机和卫星之间求二次差、在接收机以及卫星与历元间求三次差，其主要目的是消除卫星钟差、接收机钟差及整周模糊度等未知参数，简化平差计算工作。固定解载波相位观测值得到了整周未知数整数解。浮点解载波相位观测值得到了整周未知数实数解。三差解对于较长的基线，浮点解也不能得到较好的结果，只能用三差分相位解来消去整周未知数。在进行一般的GPS测量时，由于边长较短，精度要求不高，在观测方程只需引入基线向量、整周模糊度、接收机钟差和卫星钟差参数，各接收机厂家所提供的数据处理软件中广泛的采用了双差观测值。在GPS测量中广泛采用双差固定解，《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）规定C级以下各级GPS网，根据基线长度允许采用不同的数据处理模型。15 km内的基线，须采用双差固定解；15 km以上的基线允许在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。同步观测组差法，可以削弱电离层延迟误差、对流层延迟误差、接收机钟差的影响。

3.7 频率设置

频率选项有“单频”“双频”“所有频率”三个选项，“频”是指载波的频率，GPS卫星采用L1、L2、L2C、L5四种载波，我国北斗COMPASS采用B1、B2和B3三种载波，GLONASS采用L1、L2两种载波，Galileo采用E1、E2两种载波。双频观测改正法仅适用于双频或多频GPS接收机。利用双频或者三频观测值进行电离层延迟改正可以有效减弱电离层延迟误差。

在TBC基线处理报告中可以找到每颗卫星处理时采用的载波通道，《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）规定B、C级要使用双频/全波长接收机，D、E使用双频/单频接收机，考虑R8-4全星座观测系统观测的卫星数量较多，使用“双频”设置卫星观测总数指标很容易满足，此处建议设置为“双频”。

3.8 处理时间间隔设置

在处理工程基线之前，可以指定时间（s）选择一次工地数据处理基线。间隔时间越短，处理的数据会越多；若处理时间越长，则精度越高。选择的间隔时间比数据采集间隔时间短，使用数据采集间隔时间。尽可能选择使用在数据文件里指定的间隔时间，确保使用最短间隔时间。但对于间隔时间不超过1 s的占用时间，处理时间可能较长。卫星采样间隔，按《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）相应等级在接收机中和TBC软件中设置，B级采样间隔30 s，C级10～30 s，D级5～15 s，E级5～15 s。

4 TBC基线解算控制参数设置的总结

在处理天宝系列GNSS接收机的观测数据时，天线设置选项为“自动”；应用于工程的GNSS静态测量控制网基本上都在C级网以下，星历表设置为“广播”；卫星高度角可以对应规范等级进行设置，可提高卫星高度角以提高基线解算质量；卫星星座在一般情况下选择全星座和全部卫星，只能接收的单频率卫星会在频率设置作用下剔除；国家等级的GNSS静态观测网都是采用静态相对定位技术，采用载波相位观测值，GIS处理类型应该选择“仅载波”；15 km内的基线，须采用双差固定解。15 km以上的基线允许在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果，解类型应该选择“固定”；考虑到R8-4全星座观测系统观测的卫星数量较多，使用“双频”设置卫星观测总数指标易满足频率，应该设置为“双频”；处理时间间隔，以各采样间隔为准，可以适当缩短采样间隔，提高基线解算质量。

5 结语

本文从天线模型、星历表模型、卫星星座、卫星高度截止角、GIS处理类型、解类型、频率、处理时间间隔等方面对TBC5.2中关于基线解算控制参数设置，确定了正确的设置选项。TBC具备出色的模块功能和稳定的性能，但TBC5.2及以往版本均缺少对基线解算控制参数中电离层延迟模型和对流层延迟模型的设置，为日后重点关注的内容。